第一讲：计算机、互联网与信息社会

第一讲：计算机、互联网与信息社会 北京大学信息科学技术学院 2014年9月4日

主要内容 • 一、基础知识 • 1.1 信息与信息社会 1.2 计算机的发展历史 • 1.3 计算机的研究范畴 1.4 计算机的应用领域 • 1.5 互联网 1.6 互联网应用 • 二、应用知识 • 2.1 外部可见的计算机系统 • 2.2 键盘和鼠标的使用 • 2.3 Windows XP操作系统课后自己学习！北京大学

1.1 信息与信息社会 • 信息处理技术的几个历史里程碑 • 1、发明文字 • 使得信息得以在更大的范围内跨越时间和空间而传播 • 2、发明算术 • 使得量化的数字信息可以被加工和变换 • 3、发明活字印刷 • 使得大量信息的批量复制成为可能，使信息成为一种可大规模共享的资源 • 4、计算机和互联网 • 使得全球性的信息传输、加工、和互动成为可能北京大学

1.1 信息与信息社会 • 信息社会的技术特点 • 数字化信息资源的大量生产 • 信息表现形式的多样化数据的存储形式，传播形式，和多媒体表现形式（文字、声音、图像、影像等） • 信息的变换与加工信息查询、浏览、摘取、格式转换、统计等 • 信息共享北京大学

1.1 信息与信息社会 • 互联网为社会关系网提供了信息处理和交换的统一平台 • 社会关系网既是网络信息的源泉，又是网络信息共享和消费的市场 • 存在不同规模、不同用途的互联网络 • 家庭局域网：家庭娱乐、家电管理 • 学校院系的内部办公网 • 校园网 • 全国教育网 CERNET • 跨国公司业务网 • 电信网络 • SNS（Social Networking Services）社会性网络服务 • …… 北京大学

1.2 计算机的发展历史 • 历史上的计算工具中国的算盘我国古代发明创造的重要成就之一，至今已有一千多年的历史。机械式手动计算机法国数学家、哲学家帕斯卡在1642年发明了一种机械计算机，并于1649年取得专利。帕斯卡的计算机采用一种齿轮系统，其中一小轮转十个数字，下一个小轮便转动一个数字，通过齿轮系的联动，可以进行加法和减法的运算北京大学

1.2 计算机的发展历史 • 计算机的理论模型 • 现代计算机产生于 • 抽象的图灵机 (Turing Machine)，Godel • 英国数学家A.M Turing于1936年提出的一种理想的计算机器的数学模型 • 大半个世纪以来，数学家、计算机科学家提出了各种各样的计算模型，但最终都被证明是同图灵机等价的 • 图灵机是计算机科学的重要基础之一 • “图灵奖”：计算机领域的“诺贝尔奖” 北京大学

1.2 计算机的发展历史——第一台电子计算机：ENIAC • ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) • 1946，美国宾夕法尼亚大学 • 占地1500平方英尺，重达30吨 • 每秒5000次加法运算 • 用于计算炮弹的弹道轨迹 • 缺点： • 没有存储器，十进制 • 用布线板进行控制，控制效率极低北京大学

1.2 计算机的发展历史——第一台现代意义上的计算机：EDVAC • EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer) • 1945年提出设计方案，1951年完成 • 占地面积和消耗电力只有ENIAC的1/3 • 每秒2000次乘法运算，或10000次加法运算 • 特点： • 采用二进制表示数据和程序 • 使用“存储程序”的方式对计算机进行控制冯·诺依曼（主要设计者）北京大学

1.2 计算机的发展历史——第一台现代意义上的计算机：EDVAC • 现代计算机的结构：“冯·诺依曼”结构北京大学

1.2 计算机的发展历史——计算机的过去 体积巨大的专用设备北京大学

1.2 计算机的发展历史——计算机的现在 体积越来越小性能越来越高多种多样用途广泛北京大学

1.2 计算机的发展历史——计算机发展的时代划分 • 第一代计算机(1946年-1957年)电子管计算机采用电子管作为逻辑线路主要元件。应用范围十分有限，主要应用于军事领域及科学计算。 • 第二代计算机(1957年-1964年)晶体管计算机采用晶体管作为逻辑线路主要元件。与第一代计算机相比，由于晶体管体积小、耗电少、寿命长、计算性能有了很大改进，成本随之下降。应用范围扩大到数据处理和事务管理等方面。 • 第三代计算机(1964年-1970年) 集成电路计算机采用中、小规模集成电路代替了传统的独立式晶体管。与第二代计算机相比，这一时期的计算机其软件、硬件系统都向标准化、模块化、系列化发展。应用范围扩大到工业控制等领域。北京大学

1.2 计算机的发展历史——计算机发展的时代划分 • 第四代计算机(1970年-今) 大规模集成电路计算机采用大规模、超大规模集成电路为计算机主要功能元件。应用范围几乎无所不在！ • 第五代计算机（?-?）计算机发展的新方向目前还没有一个确定的发展方向。目前的研究方向有：生物DNA计算机、量子计算机、光子计算机等等. 上述四代计算机的设计都采用“冯·诺依曼”结构， “以二进制、存储程序以及指令和数据统一存储”为基础北京大学

1.2 计算机的发展历史——计算机系统的特点 波音飞机对准尺寸标准万分之一米零件数量百万级奔腾芯片对准尺寸标准千万分之一米零件数量千万级/亿级数字芯片是人造的、最复杂的系统之一。自然界的生物基因系统和它们相比，生物系统的复杂性还要高出几个数量级！北京大学

1.2 计算机的发展历史——计算机的发展速度 • 摩尔定律 • CPU芯片上的零件密度每18个月增加1倍 • 1971年Intel 4004芯片 2300个晶体管 • 目前 Intel酷睿2双核芯片晶体管数量达到上亿数量级 • CPU的性能每18个月提高一倍，价格下降一半 • 性能越来越快，价格越来越便宜；应用领域越来越广泛北京大学

单位时间执行的指令数晶体管数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍。摩尔定律

计算机体系结构 操作系统计算机网络数据库技术程序设计语言软件工程图形图像处理编译原理算法设计与分析数理逻辑人工智能：认知心理学？ … 1.3 计算机领域的主要研究范畴北京大学

1.4 计算机的应用领域 计算机的应用已经深入到人类社会的各个方面，并逐渐成为一种基础性的工具 • 家庭生活（理财、娱乐、购物、新闻浏览、…） • 社会/企业管理 • 现代化教育 • 科学研究 • 产品研发 • 工业自动化控制 • 信息交换 • 电信、银行、邮局、医院、 • …… 北京大学

Internet（因特网） 信息的网络、信息的海洋相互连接的计算机网络计算机网络是一种将处于不同地理位置且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件的支持下，实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统计算机网络是计算机科学和通信科学密切结合的产物 1.5 互联网北京大学

1.5 互联网 • 互联网络的组成 • 各种类型的计算机或嵌入式设备 • 互联线路或无线通信介质 • 网络通信设备与网络软件 • 互联网络分类： • 广域网（WAN）：跨越国家和省市地域的网络 • 局域网（LAN）：一个建筑物范围内、利用以太网技术形成的计算机网络 • 内联网（Intranet）：企业/组内的内部网（可能是WAN、LAN）北京大学

1.5.1 互联网的发展历史 • 1969年，为了能在爆发核战争时保障通信联络，美国国防部高级研究计划署ARPA资助建立了世界上第一个分组交换试验网ARPANET • 70年代末到80年代初，各种类型的计算机网络蓬勃发展；产生了网络之间相互连接的需求，并导致TCP/IP协议的出现（1980年） • 1986年，美国国家科学基金会NSF资助建成了基于TCP/IP技术的主干网NSFNET，世界上第一个互联网产生；1995年，NSFNET开始商业化运行 • 1994年，中国建设了CERNET示范网工程；中国第一个全国性的TCP/IP互联网 • 目前，全球互联网的用户数量已经超过20亿北京大学

1.5.2 局域网——互联网的细胞 • 局域网中的硬件成分 • 计算机： • 网卡（NC） • 连接线路： • 有线：双绞线 • 无线 • 网络设备： • 集线器（HUB） • 交换机（Switcher） • 路由器（Router）北京大学

1.5.2 互联网的连接覆盖全球 全球海底光缆示意图北京大学

1.5.3 互联网的通信协议 • 现实生活中包裹传递的过程打开包裹准备包裹检查包裹登记信息检查包裹登记信息装箱,发货卸货,清点北京大学

1.5.3 互联网的通信协议 • HTTP • Hyper Text Transfer Protocol • 超文本传输协议 • 浏览网页时，客户端和服务器的通讯协议 • TCP • Transmission Control Protocol • 传输控制协议 • 可靠的传输协议 • IP • Internet Protocol • 互联网协议 • 非可靠的传输协议（best-efforts,尽力投递）通信协议栈北京大学

1.5.3 互联网的通信协议 北京大学

1.5.3 IP协议和IP地址 • IP地址——计算机在IP网络上的标识，32位二进制数 A类地址： B类地址： C类地址：位数 0 1 7 31 位数 0 1 15 31 位数 0 1 2 23 31 北京大学

1.5.3 IP协议和IP地址 • 几个IP地址的例子 B类：10100010.01101001.01010000.00101001 162.105.80.41 C类：11001010.01110000.1101100.00000001 202.112.216.1 北京大学

1.5.3 IPv4 和 IPv6 • IPv4 • 采用32位二进制数表示IP地址 • 拥有42.95亿个（2的32次方）的地址资源 • IPv4的地址资源面临枯竭 • IPv6 • 采用128位二进制数表示IP地址 • 拥有天文数字般（2的128次方）的地址资源，可以为全球的每一粒沙子分配一个IP地址 • 从IPv4向IPv6的迁移需要10年或更长的时间北京大学

1.5.3 DNS —域名系统 • 域名 • 用文字的方式标识特定的IP地址 • www.pku.edu.cn，www.sohu.com，... • DNS（Domain Name System） • 一个将域名映射成相应的IP地址的服务系统 • www.pku.edu.cn 162.105.131.113 • www.sohu.com  222.028.152.141 • 由全世界数量众多的DNS服务器组成 • 北大校内的两个DNS服务器： • 162.105.129.27，162.105.129.26 北京大学

1.5.3 域名空间 北京大学

1.5.4 互联网的基础设施 • 互联网的基础设施 • 通信线路（传输介质） • 双绞线、光纤、无线、同轴电缆、... • 网络设备 • 集线器、交换机、路由器、... • 根据物理层和数据链路层协议的不同 • 以太网技术 • ATM技术 • 蓝牙技术 • ... ... 北京大学

1.5.4 网络设备在互联网中的作用 北京大学

1.5.4 网络设备在互联网中的作用 工作于网络层工作于数据链路层工作于物理层北京大学

1.6 互联网应用 • 初期主要是文字类的信息服务 • 电子邮件、文件传输、远程终端 • 逐步涌现出丰富多样的多媒体类的信息服务 • WWW、即时通信、视频点播、P2P下载 • 电子政务、电子商务、网络游戏、… 北京大学

2.处理服务请求 1.发出服务请求 3.返回处理结果 1.6.1 互联网应用的基本模式 • 客户端/服务器(Client/Server)模式客户端A 服务器客户端B • 客户端主动地向服务器发出请求 • 服务器被动地接受来自客户端的服务请求客户端C 北京大学

1.6.1 互联网应用的基本模式 • 客户端/服务器(Client/Server)模式 • 客户端和服务器仅仅是一种角色. • 一台计算机在不同的交互中可能分别承担这两种角色客户端服务器客户端服务器计算机A 计算机B 计算机C 北京大学

互联网上的三种经典应用 • 万维网 • 电子邮件 • 文件传输北京大学

1.6.2 万维网 (World Wide Web) • 万维网的基本元素 Web页面（网页）超链接北京大学

1.6.2 万维网 (World Wide Web) <a herf = http://hi.baidu.com>空间<a/> • Web页面 Web浏览器 Web页面源文件（HTML语言）北京大学

1.6.2 万维网 (World Wide Web) • 超链接（超文本连接，Hyper Text Link） <a herf = 统一资源定位符> 链接名称<a/> • 统一资源定位符（Uniform Resource Locator, URL） • 格式：访问资源的协议: 资源地址 • HTTP URL的格式：http://主机名称：端口/路径 • http://hi.baidu.com • http://www.baidu.com/img/baidu_logo.gif 北京大学

Web服务器C Web服务器A 客户端（web浏览器）  HTTP URL  web页面  HTTP URL  web页面 Web服务器B 1.6.2 万维网 (World Wide Web) • 工作原理 HTTP：Hyper Text Transfer Protocol 北京大学

Apple Safari 1.6.2 万维网 (World Wide Web) • 常用的web浏览器 • 国内著名的综合性网站 • 搜狐：http://www.sohu.com • 新浪：http://www.sina.com.cn • 网易：http://www.163.com 北京大学

@ 1.6.3 电子邮件 (Email) 送达需要几天时间邮政系统计算机网络送达只需要几分钟北京大学

1.6.3 电子邮件 (Email) 邮件服务器X (发件方) 邮件服务器Y (收件方) • 工作原理由电子邮件客户端定时发出请求 SMTP POP3 SMTP SMTP： Simple Mail Transfer Protocol POP3： Post Office Protocol 3 计算机A (邮件发送方) 计算机B (邮件接收方) 北京大学

邮件服务器的域名 用户名 • 如何获得一个电子邮件地址？ • 北大学生邮件服务器 • water.pku.edu.cn（帮助见http://tree.pku.edu.cn） • 126网易免费电子信箱（ mail.126.com） • Google的Gmail（gmail.com） • …… 学校计算中心申请网上免费注册 1.6.3 电子邮件 (Email) • 电子邮件地址 someone@pku.edu.cn 北京大学

1.6.3 电子邮件 (Email) • 常用的电子邮件客户端软件官方网站http://fox.foxmail.com.cn/ 北京大学

1.6.3 基于web的电子邮件系统 • WWW技术和电子邮件技术相结合的产物 • 在web浏览器中撰写、发送和收取电子邮件 SMTP POP3 SMTP 邮件接收方 (foxmail) 邮件发送方（foxmail）北京大学

1.6.3 基于web的电子邮件系统 • WWW技术和电子邮件技术相结合的产物 • 在web浏览器中撰写、发送和收取电子邮件 SMTP HTTP HTTP 大多数邮件服务器都提供基于web的邮件服务邮件接收方 (web浏览器) 邮件发送方（web浏览器）北京大学

第一讲： 计算机、互联网与信息社会